velikost textu

The physiological and proteomic characterisation of winter oilseed rape upon abiotic stress

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
The physiological and proteomic characterisation of winter oilseed rape upon abiotic stress
Název v češtině:
Fyziologická a proteomická charakterizace vlivu abiotických stresů na ozimou formu brukve řepky olejky
Typ:
Disertační práce
Autor:
Ing. Milan Urban, Ph.D.
Školitel:
Mgr. Pavel Vítámvás, Ph.D.
Oponenti:
Ing. František Hnilička, Ph.D.
prof. doc. RNDr. Olga Valentová, CSc.
Konzultanti:
RNDr. Ilja Prášil, CSc.
Ing. Miroslav Klíma, Ph.D.
Id práce:
71171
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Katedra experimentální biologie rostlin (31-130)
Program studia:
Anatomie a fyziologie rostlin (P1524)
Obor studia:
-
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
30. 5. 2017
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Angličtina
Klíčová slova:
Brassica napus, proteomika, dehydriny, sucho, mrazuvzdornost, genotypy šetřící vodou, genotypy vodou plýtvající, mikrosporové kultury, adaptabilita
Klíčová slova v angličtině:
Brassica napus, Proteomics, Dehydrins, Drought, Frost tolerance, Water-savers, Water-spenders, Microspore cultures, Adaptability
Abstrakt:
Abstract in Czech language, Ph.D. thesis – Milan Urban, 2017 V některých letech je zemědělská produkce brukve řepky olejky – významné plodiny České republiky – ohrožena (kromě biotických stresů) mrazem či suchem. V prvním přehledovém článku jsme proto věnovali pozornost proteinům, které byly nalezeny ve studiích porovnávajících genotypy s různou mírou tolerance k abiotickým stresům. V tomto článku jsme se také zaměřili na aplikaci výsledků proteomických studií ve šlechtitelských programech a při zvyšování odolnosti plodin ke stresům obecně. Vlastní výsledky jsme pozorovali u chladově aklimovaných, nejarovizovaných rostlin řepky ve fázi listové růžice. V druhém článku jsme prokázali signifikantní vztah mezi mrazuvzdorností, akumulací dehydrinů a aklimací fotosyntetického aparátu u pěti odrůd řepky. Při porovnání s dřívějšími výsledky jsme pozorovali nejen specifickou akumulaci dehydrinu D97, ale i kvalitativní změny dalších dehydrinů. Tyto výsledky naznačují, že úroveň získané mrazuvzdornosti je závislá nejen na aklimaci fotosyntézy, ale i na vyšší akumulaci ochranných složek. Stres sucha (článek č. 3) byl navozen ve fázi prodlužování stonku před kvetením, což je fáze, ve které rostlina musí přijmout větší množství vody. Pozdní jarní přísušky před nebo během kvetení výrazně snižují výnos a kvalitu produkce. Tento článek poprvé detailně popsal dvě strategie hospodaření s vodou u čtyř odrůd řepky. Překvapením bylo zjištění, že obě strategie v této fázi vývoje mohou obsahovat adaptabilní (adaptované) odrůdy na sucho. Tyto výsledky naznačují, že relevantní informace o míře adaptability k suchu v době prodlužování stonku mohou být získány pouze v případě, pokud sledujeme a společně vyhodnotíme výsledky gazometrické, biochemické a proteomické. Osmotický stres (v PEG-em aktivizovaném médiu, článek č. 4) byl aplikován v in vitro kultuře mikrosporových embryí u dvou odrůd řepky proto, abychom vyhodnotili možnosti a limity této metody pro časnou selekci šlechtitelských materiálů. Diferenčně akumulované proteiny byly detekovány pomocí 2-D DIGE a u vybraných genů byly pomocí qRT-PCR stanoveny jejich expresní profily. Odrůda Cadeli (D) vykázala znaky tolerance díky akumulaci sušiny a akumulovaly se v ní proteiny energetického metabolismu, REDOX, targetingu a signalizace. Na druhou stranu, citlivá odrůda Viking (V) více akumulovala proteiny spojené s přeměnami ATP a využíváním živin, spolu s proteiny odpovídajícími na stres a ovlivňujícími buněčnou strukturu. Na základě těchto výsledků doporučujeme některé znaky (akumulace biomasy, WUE, TE, fotosyntetická aklimace v chladu a během sucha) a techniky (akumulace DHN), které umožní fenotypování řepky olejky k odolnosti na mráz a sucho. Navíc jsme vybrali kandidátní proteiny a geny, které mohou selektovat adaptabilní genotypy k abiotickým stresům. Tyto výsledky mohou být použity ve šlechtitelských programech, zaměřených na výběr adaptabilních komponentních odrůd či pre-selekci nových šlechtitelských materiálů. Klíčová slova: Brassica napus, proteomika, dehydriny, sucho, mrazuvzdornost, genotypy šetřící vodou, genotypy vodou plýtvající, mikrosporové kultury, adaptabilita
Abstract v angličtině:
Abstract – Ph.D. thesis – Milan Urban, 2017 In some years, the agricultural production of oilseed rape, an important crop in the Czech Republic, is - besides biotic stress - facing the problem of damage caused by frost or drought. Together with special attention paid to proteins revealing responses between crop genotypes with differential abiotic stress tolerance levels we reviewed possible applications of proteomic results in crop breeding programs aimed at an improvement of crop stress tolerance (paper 1). For first original result, cold temperature was imposed upon non-vernalized plants in the stage of leaf rosette. The article (paper 2) shows a significant correlation between frost tolerance (FT), dehydrin (DHN) accumulation, and photosynthetic acclimation in five cultivars (cvs). Newly, the specific DHN D97 was shown to accumulate and other DHNs were shown to have qualitative differences in accumulation. These results imply that proper FT assessment is based on rapid photosynthetic acclimation together with higher accumulation of protective compounds. Drought stress (paper 3) was imposed in the water- demanding stem prolongation phase before flowering, because late-spring drought before and during flowering decreases the yield and seed quality significantly. This paper newly describes two water-uptake strategies in detail in four cvs. Surprisingly - in this developmental stage - both groups contain drought adaptable cvs. These data suggest that relevant “drought adaptation rate” of rapeseeds in stem-prolongation phase can be predicted only if gasometric, biochemical and proteomic data (based on 2-D DIGE) are taken and understood together. Osmotic stress (PEG-influenced media; paper 4) was imposed in vitro in microspore-derived embryos (MDE) of two cvs to estimate the power and limitations of MDE technique for early cvs selection. The differentially accumulated proteins were detected by 2- D DIGE and the expression profiles of several genes were evaluated by qRT-PCR. Cv Cadeli (D) showed tolerance strategy thanks to the accumulation of biomass. In D proteins of energy metabolism, redox homeostasis, protein targeting, and signalling functional groups were accumulated. On the contrary, sensitive cv Viking (V) shows a high need for ATP and nutrients with a significant number of stress-related proteins and cell structure changes. Based on obtained results we have proposed some traits (biomass accumulation, WUE, TE, water-saving strategy, photosynthetic acclimation upon cold and during drought, etc.) and techniques (DHN accumulation) for oilseed rape phenotyping against frost and drought stress. In addition, some candidate proteins and genes were selected to have the ability to reveal adaptability of cvs to abiotic stress. These results can be used in oilseed rape breeding programmes focused on adaptable component cvs or pre-selection of new breeding materials. Key words: Brassica napus, Proteomics, Dehydrins, Drought, Frost tolerance, Water-savers, Water-spenders, Microspore cultures, Adaptability
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Ing. Milan Urban, Ph.D. 7.52 MB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Ing. Milan Urban, Ph.D. 269 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Ing. Milan Urban, Ph.D. 258 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Ing. Milan Urban, Ph.D. 1.84 MB
Stáhnout Posudek oponenta Ing. František Hnilička, Ph.D. 395 kB
Stáhnout Posudek oponenta prof. doc. RNDr. Olga Valentová, CSc. 201 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 189 kB